DE19650629C2 - Verfahren zum Messen der Neigung eines Fahrzeugs und deren Verwendung sowie Anordnung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der Neigung eines Fahr­ zeugs nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 2 und die Verwendung des Verfahrens gemäß Anspruch 6.

Um eingebaute Sicherheitseinrichtungen in einem Kraftfahrzeug auszulö­ sen, insbesondere einen Überrollbügel oder Gurtstraffer, sind Beschleuni­ gungs- oder Neigungssensoren eingebaut, so daß ein kritischer Neigungs­ winkel, der sog. Kippwinkel, oder auch derjenige Zustand, bei dem das Fahr­ zeug von der Fahrbahn abgehoben hat, erkannt werden. Als "kritischen Nei­ gungswinkel" oder "Kippwinkel" wird derjenige Winkel bezeichnet, den ein Fahrzeug dann einnimmt, wenn es gerade umzukippen beginnt. Der Kipp­ winkel eines Fahrzeugs liegt im allgemeinen zwischen 50° und 70° Neigung.

Eine Sensoranordnung zur Neigungsdetektierung gegenüber der Horizon­ talrichtung nach dem Stand der Technik beschreibt die Druckschrift EP 0 707 193 A2. Diese Anordnung besteht aus wenigstens zwei Sensorelementen mit jeweils einer Hauptempfindlichkeitsachse, wobei die Sensorelemente derart angeordnet sind, daß deren Hauptempfindlichkeitsachse in der durch die zu detektierenden Neigungswinkel definierten Ebene liegen und jeweils ei­ nen Winkel zu einer Bezugsebene der Anordnung bilden, die den zu detek­ tierenden Neigungswinkeln entsprechen. Die Sensorelemente erzeugen je­ weils in Abhängigkeit des Neigungswinkels der Bezugsebene gegenüber der Horizontalrichtung ein Sensorsignal.

Nachteilig ist bei dieser Sensoranordnung, daß aufgrund des Fahrbetriebes hochfrequente Schwingungen verursacht werden und die dadurch entste­ henden Störsignale mittels Filter von der Auswerteelektronik ferngehalten werden müssen. Dadurch wird die Auswertung verzögert und eine Reaktion auf einen kritischen Fahrzustand kann nur langsam erfolgen.

Die Sensoranordnung eignet sich zudem nur, um das Überschreiten einer oder mehrerer vorbestimmter Beschleunigungsschwellen zu detektieren. Sie ist nicht in der Lage, eine Beschleunigung analog zu messen, wie es zur Auslösung von Insassenschutzvorrichtungen notwendig ist.

Aus der Druckschrift DE 38 27 617 A1 ist bekannt, wie der lichte Abstand zur Fahrbahnebene ermittelt werden kann.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein schnelles, zuverlässiges und leicht zu reali­ sierendes Verfahren zum Messen der Neigung eines Fahrzeugs, deren Verwendung und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale der An­ sprüche 1, 2 und des Anspruches 6, wonach ein Signal erzeugt wird, wenn die Änderungsgeschwin­ digkeit des gemessenen Abstands und das Zeitintegral über der Abstands­ änderung jeweils einen vorgegebenen Wert überschreiten.

Die Vorteile der Erfindung liegen darin, daß aufgrund der frühzeitigen Er­ kennung einer Gefahrensituation stufenweise Vorrichtungen wie Gurt­ straffer, Überrolibügel oder Airbags zum Schutz der Insassen ausgelöst wer­ den können.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen beschrieben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend ausführlich erläu­ tert und anhand der Figuren dargestellt.

Es zeigen

Fig. 1: ein Fahrzeug mit eingebauten Abstandssensoren und einer Auswerte­ einheit und

Fig. 2: ein dem Auslösealgorithmus zugrunde liegendes Ablaufdiagramm.

Die Fig. 1 zeigt ein räumlich dargestelltes Fahrzeugs 1, dessen linkes Hinter­ rad mit 2 und dessen rechtes Hinterrad mit 3 bezeichnet ist. Das linke Vor­ derrad ist mit 15, das rechte Vorderrad mit 16 bezeichnet. Am Chassis des Fahrzeugs 1 ist hinter dem Hinterrad 2 bzw. 3 ein Abstandssensor 4 bzw. 5 in Form einer Sende- und Empfangseinheit angeordnet.

In jeder Sende- und Empfangseinheit 4 bzw. 5 ist jeweils ein Sender und ein korrespondierender Empfänger angeordnet, wobei es sich um Radar-, Ultra­ schall-, kapazitive und/oder optische Sende- und Empfangseinrichtungen handeln kann. Die Sende- und Empfangseinheiten 4 und 5 tauschen mittels Verbindungsleitungen 6a, 6b, 6c und 6d Signale mit einer zentralen Steuer­ einheit 7 aus, die im Fahrzeug 1 an einer geschützten Stelle untergebracht ist. Mittels einer Fokussiereinrichtung 8 bzw. 9, bei der es sich zum Beispiel bei optischen Sendern um eine Linse handeln kann, werden die gesendeten Strahlen gebündelt, so daß sich eine Sendekeule 10 bzw. 11 mit jeweils ei­ ner Hauptempfindlichkeitsachse 12 bzw. 13 ausbildet. Das Fahrzeug 1 bewe­ ge sich auf einer Fahrbahnebene 14.

Die Anordnung der Abstandssensoren 4 bzw. 5 hinter den Hinterrädern 2 und 3 oder aber auch hinter den Vorderrädern 15 bzw. 16 soll sicherstellen, daß der Abstand zur Fahrbahn 14 in der Spur gemessen wird, in der sich die Räder bewegen. Ansonsten könnten Gräben oder Öffnungen in der Fahr­ bahn 14, aber auch das Befahren beispielsweise einer Inspektions- oder Schmiergrube, bei denen lediglich zwei Fahrspuren im Bereich der Räder vorhanden sind, ein falsches Meßergebnis zur Folge haben und zum Beispiel eine Insassenschutzvorrichtung auslösen. Ein Algorithmus in der Steuerein­ heit 7 soll so ausgelegt sein, daß Abstandsänderungen, die durch ein Schlag­ loch in der Fahrbahn 14 oder auch das Anheben des Fahrzeugs 1 mittels ei­ ner Hebebühne verursacht werden, ebenfalls nicht zu einer Auslösung füh­ ren.

Ein Signal zur Auslösung beispielsweise einer Insassenschutzvorrichtung soll nur dann erzeugt werden, wenn das Fahrzeug 1 auf einer Seite für längere Zeit die Fahrbahn 14 verlassen hat, genauer, wenn eine minimale Ände­ rungsgeschwindigkeit des Abstandes vorliegt und das Zeitintegral über die Abstandsänderung einen bestimmten Wert überschreitet. Dabei orientiert sich der Wert der minimalen Änderungsgeschwindigkeit vorzugsweise an den langsamsten Überrollvorgängen und an den schnellsten Hebebühnen und der Wert des Zeitintegrals an der Zeit, die zum Durchfahren von extrem großen Schlaglöchern benötigt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird anhand der Winkelgeschwin­ digkeit der Drehbewegung, die das Fahrzeug 1 vollführt, wenn es sich auf einer Seite von der Fahrbahn 14 wegbewegt, der optimale Zeitpunkt zum Auslösen einer Insassenschutzvorrichtung ermittelt. Daher kann ein Überroll­ vorgang sehr früh erkannt und ein Signal zum Auslösen einer Insassen­ schutzvorrichtung erzeugt werden. Werden mittels der Abstandssensoren 4 und 5 und der Steuereinheit 7 Messungen in schneller Reihenfolge vorge­ nommen, so kann auch die Winkelbeschleunigung der Drehbewegung des Fahrzeugs 1 ermittelt werden. Mittels der Masse und den Abmessungen des Fahrzeugs 1 und dem Anbringungsort der Abstandssensoren 4 und 5 kann errechnet werden, ob die ermittelte Winkelbeschleunigung zu einem Über­ schlag führt. Zudem kann sehr leicht erfaßt werden, in welcher Richtung sich das Fahrzeug 1 in Längsrichtung dreht.

Die Abstandssensoren 4 und 5 können auch zur Fahrwerksregelung des Fahrzeugs 1 verwendet werden. Aus den Meßwerten des linken bzw. rech­ ten Abstandssensors 4 bzw. 5 kann die Neigung des Fahrzeugs 1 abgeleitet werden. Abhängig von dieser Neigung verändert die Fahrwerksregelung die Dämpfungseigenschaften der Fahrwerkselemente, so daß das Fahrzeug 1 in einer stabilen Lage gehalten wird.

Fig. 2 zeigt ein dem Auslösealgorithmus zugrunde liegendes Ablaufdia­ gramm. Zu Beginn werden aktuelle Abstandswerte a_re und a_li zwischen der Fahrbahn 14 (Fig. 1) und den Abstandssensoren 4 und 5 gemessen. Nach ei­ nem vorgegebenen Zeitintervall wird die Messung wiederholt und aus den ersten und zweiten Messwerten die rechte bzw. linke Abstandsänderung Δa_re bzw. Δa_li berechnet. Sind aufeinanderfolgende rechte Abstandsände­ rungen Δa_re und linke Abstandsänderungen Δa_li nicht gleich groß, ergibt sich daraus eine Winkeländerung Δω des Fahrzeugs 1 (Fig. 1) gegenüber der Fahrbahn 14. Aus dieser Winkeländerung Δω wird ein daraus sich ergeben­ der Drehwinkel ω berechnet.

Im nächsten Schritt wird untersucht, ob die rechte bzw. die linke Abstands­ änderung Δa_re bzw. Δa_li auf einen Überschlag des Fahrzeugs 1 hindeutet, d. h. ob Δa_re bzw. Δa_li einen ersten vorgegebenen und in der Steuereinheit 7 (Fig. 1) abgelegten Grenzwert überschritten haben und über einen längeren Zeitraum wirken. Ist dies der Fall, wird zur Plausibilitätsprüfung verzweigt. Liegt keine Grenzwertüberschreitung vor, wird untersucht, ob die rechte bzw. die linke Abstandsänderung Δa_re bzw. Δa_li auf ein Kippen des Fahrzeugs 1 hindeuten. Hierzu wird geprüft, ob die rechte bzw. die linke Abstandsän­ derung Δa_re bzw. Δa_li einen zweiten vorgegebenen und in der Steuereinheit 7 abgelegten Grenzwert überschreiten. Ist dies der Fall, wird wiederum zur Plausibilitätsprüfung verzweigt.

Liegt keine Grenzwertüberschreitung vor, wird untersucht, ob die Winkel­ änderung Δω oder der Drehwinkel ω auf einen Überschlag hindeuten. Wenn die Winkeländerung Δω bzw. der Drehwinkel ω einen dritten bzw. vierten vorgegebenen und in der Steuereinheit 7 abgelegten Grenzwert überschrei­ tet, wird auch in diesem Fall zur Plausibilitätsprüfung verzweigt. Liegt keine Grenzwertüberschreitung von Winkeländerung Δω oder Drehwinkel ω vor, wird zum Programmende verzweigt.

Bei der Plausibilitätsprüfung wird geprüft, ob überhaupt ein Kippen oder Überschlagen des Fahrzeugs 1 vorliegen kann, oder ob die Überschreitung von Grenzwerten zum Beispiel auf eine mit Schlaglöchern behaftete Fahr­ bahn 14 zurückzuführen ist. Fällt das Ergebnis der Plausibilitätsprüfung ne­ gativ aus, wird zum Programmende verzweigt; bei positivem Ergebnis wer­ den von der Steuereinheit 7 Schutzvorrichtungen ausgelöst. Anschließend wird zum Programmende verzweigt.

Die folgende Erläuterung soll typische Überroll- bzw. Überschlagvorgänge aufzeigen und verdeutlichen, daß mit den von den Abstandssensoren 4 und 5 gemessenen Abständen a_re und a_li und Abstandsänderungen Δa_re und Δa_li jegliche Art von Überschlag detektiert werden kann.

• 1. Fall 1: Das Fahrzeug 1 rollt, d. h. es überschlägt sich um seine Längsachse, wobei je nach Überschlagsrichtung die linken Räder 2 und 15 oder die rechten Räder 3 und 16 wenigstens zunächst auf der Fahrbahn 14 bleiben.
  Die Rotation des Fahrzeugs 1 um die Längsachse wird dadurch festge­ stellt, daß die von einem Abstandssensor 4 oder 5 zur Fahrbahn 14 gemessene Abstandsänderung Δa_li oder Δa_re größer als Null ist, wäh­ rend die vom anderen Abstandssensor gemessene Abstandsänderung ungefähr gleich Null ist (solange sich das Fahrzeug 1 nicht mehr als ca. 45° neigt). Aufgrund der Größe der Abstandsänderung Δa_li, oder Δa_re oder der Größe des Abstandes a_re oder a_li des sich schneller von der Fahrbahn entfernenden Abstandssensors 4 oder 5 kann auf einen in Kürze folgenden Überschlag geschlossen werden, weshalb Schutz­ systeme für Insassen und Fahrzeug 1 möglichst schnell aktiviert wer­ den müssen.
  Bewegt sich die Winkeländerung Δω in einem Grenzbereich, so er­ folgt der Überschlag in einem weniger kurzen Zeitabstand und die Auslösung der Schutzsysteme kann zum Beispiel erst dann erfolgen, wenn der weiter von der Fahrbahn 14 entfernte Abstandssensor 4 oder 5 in die Ferne leuchtet und keine Abstandmessung mehr durch­ geführt werden kann, oder auch wenn der weniger weit von der Fahrbahn 14 entfernte Abstandssensor in die Ferne leuchtet und kei­ ne Abstandsmessung mehr durchführen kann.
• 2. Fall 2: Das Fahrzeug 1 kippt, d. h. es überschlägt sich in Fahrtrichtung, so daß die vorderen Räder 15 und 16 sich überhaupt nicht von der Fahr­ bahn 14 entfernen oder aber wesentlich langsamer als die hinteren Räder 2 und 3.
  In diesem Fall wird bei beiden Abstandssensoren 4 und 5 eine Ab­ standsänderung Δa_li bzw. Δa_re festgestellt. Sobald der Abstand a_li, bzw. a_re oder die Abstandsänderung Δa_li bzw. Δa_re einen jeweils vorgegebe­ nen Grenzwert übersteigen so sind die Schutzsysteme auszulösen.
• 3. Fall 3: Das Fahrzeug 1 überschlägt sich über Eck, d. h. es liegt eine Kombina­ tion aus Fall 1 und Fall 2 vor.
  In diesem speziellen Fall werden sowohl unterschiedliche Abstände a_re und a_li, als auch unterschiedliche Abstandsänderungen Δa_re und Δa_li der Abstandssensoren 4 und 5 gegenüber der Fahrbahn 14 ermittelt. Eine Auslösung der Schutzsysteme erfolgt, sobald ein vorgegebener Grenzwert aus Fall 1 oder Fall 2 überschritten wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren erkennt eine gefährliche Fahrsituation, insbesondere einen Überrollvorgang bereits im Anfangsstadium und eignet sich vorzugsweise zur frühzeitigen Auslösung einer Insassenschutzvorrich­ tung (Gurtstraffer, Airbag, Überrollbügel, Absendung von Notrufsignalen) in einem Fahrzeug.

Claims (6)

1. Verfahren zum Messen der Neigung eines Fahrzeugs (1) gegenüber einer Fahrbahnebene (14), insbesondere eines Kraftfahrzeugs (1), wobei an wenig­ stens zwei Stellen des Fahrzeugs (1) mittels wenigstens zweier Abstandssen­ soren (4, 5) der lichte Abstand (a_re, a_li) zur Fahrbahnebene (14) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Signal erzeugt wird, wenn die Ände­ rungsgeschwindigkeit des gemessenen Abstands (Δa_re, Δa_li) und das Zeitinte­ gral über der Abstandsänderung (Δa_re, Δa_li) jeweils einen vorgegebenen Wert überschreiten.

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder vier Abstandssensoren (4, 5) verwendet werden.

3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandssensoren (4, 5) hinter den Hin­ terrädern (2, 3) des Fahrzeugs (1) angeordnet sind.

4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandssensoren (4, 5) hinter den Vor­ derrädern (15, 16) des Fahrzeugs (1) angeordnet sind.

5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorange­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Ab­ standssensoren (4, 5) um Radar-, Ultraschall-, kapazitive und/oder optische Sensoren handelt.

6. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Auslö­ sung einer Insassenschutzvorrichtung, wie Gurtstraffer, Airbag, Überrollbügel, Absendung von Notrufsignalen in einem Fahrzeug (1).